OBSTACLE AVOIDANCE FOR UNMANNED SURFACE VEHICLES: SIMULATIONS AND EXPERIMENTS A thesis submitted to the Department of Electrical Engineering, University of Moratuwa in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Philosophy by RANDOBAGEGEETHJAYENDRA Supervised by: Dr. Sisil Kumarawadu Department of Electrical Engineering University of Moratuwa, Sri Lanka 2009 93025 Abstract Sri Lanka ports authority and many other organizations are increasingly interested in the use of Unmanned Surface Vehicles (USV) for harbor security and surveillance applications. USVs can be used to collect information, samples and perform experiments inside a harbor or outside by. Navigating through ships and other objects. This research study is focused on finding algorithms for obstacle avoidance (OA) of USVs. The initial paradigm that is used to establish the solution was the OA of Unmanned Ground Vehicles (UGV). The algorithms developed for UGV were implemented practically with the limitations of hardware. Then, effort is taken to apply those algorithms to the surface vehicles with some modifications. In this study, a novel OA algorithm is proposed for static obstacles based on the Morphin algorithm. This proposed algorithm and the previous algorithm which is developed based on ground vehicles are compared with the potential field method. Static OA without dynamic OA is not helpful for unmanned vehicles on sea. A lot of researches have been carried out to avoid dynamic objects, but have failed to find an optimum solution although comparatively good approaches have been presented. Intelligent techniques have been rarely applied for dynamic obstacle avoidance. In this research, the effectiveness of applying intelligent or mathematical techniques for path prediction of dynamic obstacles is discussed with simulations to pick the best for a given situation. Then a noval projected dynamic obstacle area method is presented to avoid dynamic obstacles effectively. Comparative results are presented at the end to prove the strength "of the noval dynamic obstacle area method. D E C L A R A T I O N T h e w o r k s u b m i t t e d i n t h i s t h e s i s i s t h e r e s u l t o f m y o w n i n v e s t i g a t i o n , e x c e p t w h e r e o t h e r w i s e s t a t e d . I t h a s n o t a l r e a d y b e e n a c c e p t e d f o r a n y d e g r e e , a n d i s a l s o n o t b e i n g c o n c u r r e n t l y s u b m i t t e d f o r a n y o t h e r d e g r e e . P L ' - / r - R . G . J a y e n d r a ( C a n d i d a t e ) 2 3 r d M a r c h 2 0 0 9 I e n d o r s e t h e d e c l a r a t i o n b y t h e c a n d i d a t e . \ \ \ ( / - - c - · · · - - - " \ - . \ - - . - - ~- - - \ - - \ -~- . . , . _ _ ' \ _ _ _ _ - - - ~-- ' ' ' - - - · - " ~ · - · - - - , ' - _ ) - \ _ D r . S i s i l K u m a r a w a d u ( S u p e r v i s o r ) C O N T E N T S C h a p t e r T i t l e P a g e A b s t r a c t v A c k n o w l e d g e m e n t V l L i s t o f F i g u r e s V l l L i s t o f T a b l e s X l l L i s t o f A c r o n y m s X l l l 1 I n t r o d u c t i o n 1 1 . 1 A p p l i c a t i o n s o f U n m a n n e d S u r f a c e V e h i c l e s 1 . 2 O b s t a c l e A v o i d a n c e o f U n m a n n e d G r o u n d V e h i c l e s 1 . 3 A p p l i n g g r o u n d v e h i c l e t e c h n o l o g i e s f o r s u r f a c e v e h i c l e s , . , . ) 1 . 4 P o t e n t i a l f i e l d m e t h o d f o r p a t h p l a n n i n g 4 1 . 5 M o r p h i n a l g o r i t h m f o r p a t h p l a n n i n g 5 1 . 6 D e f i n i n g s a f e t y d i s t a n c e f o r p a t h p l a n n i n g 6 1 . 7 D y n a m i c o b s t a c l e a v o i d a n c e 6 1 . 8 S e n s o r c o n s i d e r a t i o n s 7 1 . 8 . 1 R a d a r C o n t a c t s 8 2 O b s t a c l e A v o i d a n c e o f U n m a n n e d G r o u n d V e h i c l e s 9 2 . 1 S e n s o r s e l e c t i o n f o r p r o t o t y p e s 9 2 . 2 D e v e l o p m e n t o f p r o t o t y p e s 1 0 2 . 2 . 1 D i g i t a l C o n t r o l l e r S e l e c t i o n 1 0 2 . 2 . 2 D i g i t a l C o m p a s s M o d u l e S e l e c t i o n 1 2 2 . 2 . 3 D i g i t a l E n c o d e r a n d E n c o d e r W h e e l 1 4 2 . 2 . 4 S e r v o M o t o r s 1 5 2 . 2 . 5 U l t r a - S o n i c R a n g e S e n s o r s 1 5 2 . 2 . 6 I n t e r V e h i c u l a r C o m m u n i c a t i o n s c h e m e 1 7 2 . 2 . 7 E R 4 0 0 R S R e c e i v e r 1 8 2 . 2 . 8 E R 4 0 0 T X T r a n s m i t t e r 1 9 2 . 2 . 9 S e r i a l I n t e r f a c e C i r c u i t D e s i g n 2 0 2 . 2 . 1 0 I n t e g r 2 . t i n g S e n s o r s t o t h e C o n t r o l l e r 2 2 2 . 2 . 1 1 I n t e r f a c i n g S o f t w a r e f o r P r o t o t y p e s 2 4 2 . 3 E x p e r i m e n t i n g w i t h p r o t o t y p e s 2 4 2 . 3 . 1 P o s i t i o n T r a c k i n g A l g o r i t h m 2 5 2 . 3 . 2 P e r i p h e r a l O b s t a c l e A v o i d a n c e 2 6 2 . 3 . 3 C o l l i s i o n A v o i d a n c e 2 6 2 . 3 . 4 P o s i t i o n T r a c k i n g w i t h o u t t h e D i g i t a l C o m p a s s 2 6 2 . 3 . 5 F u z z y B a s e d C o n t r o l l i n g 3 0 2 . 3 . 6 C o l l i s i o n C o n d i t i o n F u n c t i o n 3 1 2 . 3 . 7 R e l a t i v e D i s t a n c e F u n c t i o n 3 2 2 . 3 . 8 M a s t e r S l a v e S w i t c h i n g 3 2 2 . 3 . 9 C o n t r o l l i n g F u n c t i o n , . , , . , . ) . ) 2 . 4 R e s u l t s 3 5 2 . 5 S u m m a r y 3 6 1 1 3 4 5 6 D e s i g n o f N a v i g a t i o n a l C o n t r o l l e r f o r U S V 3 7 3 . 1 I m p l e m e n t i n g t h e c o n t r o l l e r 3 7 3 . 2 M a t h e m a t i c a l m o d e l f o r U S V 4 0 3 . 3 R e s u l t s f r o m t h e n a v i g a t i o n a l c o n t r o l l e r 4 2 3 . 4 S u m m a r y 4 5 S t a t i c O b s t a c l e A v o i d a n c e o f U S V 4 6 4 . 1 U t i l i z i n g G r o u n d V e h i c l e T e c h n o l o g i e s f o r S u r f a c e V e h i c l e s 4 6 4 . 1 . 1 D e s i g n o f O A c o n t r o l l e r 4 6 4 . 1 . 1 . 1 I n p u t F u n c t i m 1 s 4 6 4 . 1 . 1 . 2 O u t p u t F u n c t i o n s 5 2 4 . 1 . 2 A l g o r i t h m s f o r s i m u l a t i o n o f t h e c o n t r o l l e r 5 5 4 . 1 . 3 S i m u l a t i o n R e s u l t s f r o m t h e C o n t r o l l e r 5 7 4 . 1 . 4 S u m m a r y 5 9 4 . 2 N o v e l A l g o r i t h m f o r O A 6 0 4 . 2 . 1 M e t h o d o l o g y o f t h e N o v e l A l g o r i t h m 6 0 4 . 2 . 2 D e v e l o p e d A l g o r i t h m s U t i l i z e d f o r S i m u l a t i o n s 6 5 D y n a m i c O b s t a c l e A v o i d a n c e o f U S V 6 7 5 . 1 I n t r o d u c t i o n t o N o v e l D y n a m i c O b s t a c l e A v o i d a n c e M e t h o d 5 . 2 A r e a P r e d i c t i o n o f D y n a m i c O b s t a c l e s 5 . 3 P a t h P r e d i c t i o n o f D y n a m i c O b s t a c l e s 5 . 3 . I P o l y n o m i a l A p p r o x i m a t i o n M e t h o d f o r P a t h P r e d i c t i o n 5 . 3 . 2 G e n e r a l i z e d R e g r e s s i o n N e u r a l N e t w o r k f o r P a t h P r e d i c t i o n S i m u l a t i o n R e s u l t s 6 7 6 9 7 1 7 3 7 3 7 4 6 . 1 S i m u l a t i o n R e s u l t s b y A p p l y i n g U G V t h e o r i e s f o r U S V 7 4 6 . 2 S i m u l a t i o n R e s u l t s f r o m t h e N o v e l A l g o r i t h m 7 5 6 . 3 S i m u l a t i o n R e s u l t s f r o m P o t e n t i a l F i e l d M e t h o d 8 0 6 . 4 C o m p a r i s o n o f O b s t a c l e a v o i d a n c e m e t h o d s 8 2 6 . 5 S i m u l a t i o n R e s u l t s D y n a m i c O b s t a c l e A v o i d a n c e 8 4 6 . 5 . 1 S i m u l a t i o n R e s u l t s f o r p a t h p r e d i c t i o n o f D y n a m i c O b s t a c l e s 8 6 6 . 5 . 1 . 1 P o l y n o m i a l a p p r o x i m a t i o n m e t h o d f o r p a t h p r e d i c t i o n 8 6 6 . 5 . 1 . 1 . 1 S i m u l a t i o n s w i t h o u t s e n s o r n o i s e 8 6 6 . 5 . 1 . 1 . 2 S i m u l a t i o n s w i t h s e n s o r n o i s e 8 9 6 . 5 . 1 . 2 R B N N m e t h o d f o r p a t h p r e d i c t i o n 9 5 6 . 5 . 1 . 2 . 1 S i m u l a t i o n s \ V i t h o u t s e n s o r n o i s e 9 5 6 . 5 . 1 . 2 . 2 S i m u l a t i o n s w i t h s e n s o r n o i s e 9 7 6 . 5 . 1 . 3 S u m m a r y o f S i m u l a t i o n R e s u l t s f o r p a t h p r e d i c t i o n 9 9 6 . 5 . 2 S i m u l a t i o n R e s u l t s f o r O b s t a c l e a r e a p r e d i c t i o n o f D y n a m i c O b s t a c l e s 1 0 0 6 . 5 . 2 . 1 S i m u l a t i o n R e s u l t s f r o m V e l o s i t y o b s t a c l e m e t h o d 1 0 0 6 . 5 . 2 . 2 S i m u l a t i o n R e s u l t s f r o m t h e n o v e l m e t h o d 1 0 4 6 . 5 . 2 . 3 C o m p a r i s o n R e s u l t s 1 0 9 1 1 1 7 C o n c l u s i o n a n d R e c o m m e n d a t i o n s 1 1 3 R e f e r e n c e s A p p e n d i x A A p p e n d i x B A p p e n d i x C A p p e n d i x D A p p e n d i x E A p p e n d i x F A p p e n d i x G 1 1 5 O O P i c B a s i c P r o g r a m f o r V e h i c u l a r P r o t o t y p e s 1 1 9 M a t L a b P r o g r a m o f F u z z y P D N a v i g a t i o n a l C o n t r o l l e r w i t h t h e D y n a m i c m o d e l 1 2 9 M a t L a b P r o g r a m f o r A p p l i n g U G V a l g o r i t h m s t o U S V 1 3 5 M a t L a b P r o g r a m f o r N o v e l A l g o r i t h m t o A v o i d S t a t i c O b s t a c l e s 1 3 9 M a t L a b P r o g r a m f o r A p p l i n g P o l y n o m i a l A p p r o x i m a t i o n t o P a t h P r e d i c t i o n 1 4 3 M a t L a b P r o g r a m f o r A p p l i n g G R N N t o P a t h P r e d i c t i o n 1 4 5 M a t L a b P r o g r a m t o C o m p a r e V e l o c i t y O b s t a c l e M e t h o d w i t h N o v e l M e t h o d f o r A r e a P r e d i c t i o n o f D y n a m i c O b s t a c l e s 1 4 9 l V A c k n o w l e d g e m e n t M a n y t h a n k s a r e d u e f i r s t t o m y s u p e r v i s o r , D r . S i s i l K u m a r a w a d u , f o r h i s g r e a t i n s i g h t s , p e r s p e c t i v e s a n d g u i d a n c e t h r o u g h o u t t h e e n t i r e d u r a t i o n o f t h e s t u d y . A u t h o r e x t e n d s h i s s i n c e r e g r a t i t u d e t o D r . J . P . K a r u n a d a s a , H e a d o f t h e D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g , f o r p r o v i d i n g h i m t h e R e s e a r c h A s s i s t a n t s h i p a n d e x c e l l e n t a s s i s t a n c e d u r i n g t h e s t u d y p e r i o d . M a n y t h a n k s a n d a p p r e c i a t i o n s a r e d u e t o P r o f e s s o r H . Y . R . P e r e r a , C o m m i s s i o n e r G e n e r a l o f P u b l i c U t i l i t i e s C o m m i s s i o n o f S r i L a n k a a s w e l l . S i n c e r e t h a n k s a r e a l s o d u e t o t h e o f f i c e r s i n P o s t G r a d u a t e O f f i c e o f t h e F a c u l t y o f E n g i n e e r i n g , U n i v e r s i t y o f M o r a t u w a f o r h e l p i n g i n v a r i o u s w a y s t o c l a r i f y t h e t h i n g s r e l a t e d t o a c a d e m i c w o r k s i n t i m e w i t h e x c e l l e n t c o o p e r a t i o n a n d g u i d a n c e . T h a n k s a r e a l s o d u e t o t h e s t a f f o f t h e D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g f o r t h e s u p p o r t e x t e n d e d d u r i n g t h e s t u d y p e r i o d . A l s o , I w i s h t o g r a t e f u l l y a c k n o w l e d g e t h e a s s i s t a n c e e x t e n d e d b y M r . R a v i p r i y a R a n a t u n g a , M r . S a m i t h a R a n s a r a , M r . S a n j e e w a P r i y a d h a r s h a n a , M r . G a m i n i J a y a s i g h e , M r . L a c k s h a n P i y a s i g h e , M r . K o l i t h a D h a r m a p r i y a , M r . J . B a c k , M r . H a r s h a n a S o m a p r i y a , M r . N a d u n C h a m i k a r a a n d m y b r o t h e r C h a n u k a J a y e n d r a . M a n y t h a n k s a r e a l s o d u e t o m a n y i n d i v i d u a l s , f r i e n d s a n d c o l l e a g u e s w h o h a v e n o t b e e n m e n t i o n e d h e r e b y n a m e i n m a k i n g t h i s e d u c a t i o n a l p r o c e s s a s s u c c e s s . L a s t l y , t h e a u t h o r e x p r e s s e s h i s d e e p a p p r e c i a t i o n t o w a r d s h i s f a m i l y f o r t h e i r e n c o u r a g e m e n t a n d s u p p o r t . T h i s w o r k i s d e d i c a t e d t o h i s b e l o v e d m o t h e r a n d l a t e f a t h e r . V I L i s t o f F i g u r e s N o . D e s c r i p t i o n P a g e 1 . 1 S a f e t y D i s t a n c e f o r O b s t a c l e s 6 2 . 1 B a s i c B l o c k D i a g r a m o f t h e s y s t e m 1 0 2 . 2 O O P i c R M i c r o C o n t r o l l e r B o a r d 1 2 ' ) " l _ , . ) D i g i t a l C o m p a s s M o d u l e 1 3 2 . 4 T h e W a y o f M o u n t i n g t h e C o m p a s s t o t h e P r o t o t y p e 1 3 2 . 5 C o n n e c t i o n A r r a n g e m e n t o f t h e E n c o d e r 1 4 2 . 6 T h e w a y o f m o u n t i n g t h e E n c o d e r t o t h e P r o t o t y p e 1 4 2 . 7 H S - 4 2 2 S e r v o M o t o r 1 5 2 . 8 B e a m P a t t e r n o f t h e S R F 2 3 5 ' P e n c i l b e a m ' U l t r a - s o n i c S e n s o r 1 6 2 . 9 S R F 2 3 5 P e n c i l B e a m U l t r a - s o n i c S o n a r S e n s o r 1 6 2 . 1 0 L P R S E R 4 0 0 R a d i o M o d u l e s 1 7 2 . 1 1 E v a l u a t i o n S o f t w a r e 1 7 2 . 1 2 C o m m u n i c a t i o n C h a n n e l D e d i c a t i o n 1 8 2 . 1 3 R e c e i v e r 1 9 2 . 1 4 T r a n s m i t t e r 2 0 2 . 1 5 S e r i a l I n t e r f a c e C i r c u i t 2 1 2 . 1 6 T h e W a y o f M o u n t i n g T r a n s c e i v e r M o d u l e 2 2 2 . 1 7 P r o p o s e d P r o t o t y p e ( P l a n ) 2 3 2 . 1 8 T h e P r o p o s e d P r o t o t y p e ( S i d e v i e w ) 2 3 2 . 1 9 I m p l e m e n t e d P r o t o t y p e 2 4 2 . 2 0 P o s i t i o n T r a c k i n g w i t h C o m p a s s 2 5 2 . 2 1 E x e c u t e d P r o g r a m i n O O P i c 2 8 2 . 2 2 P o s i t i o n T r a c k i n g w i t h o u t C o m p a s s 2 9 2 . 2 3 P o s i t i o n T r a c k i n g w i t h o u t C o m p a s s ( b l o c k d i a g r a m ) 3 0 2 . 2 4 F u z z y B a s e d C o n t r o l l i n g 3 1 2 . 2 5 C o l l i s i o n C o n d i t i o n F u n c t i o n a f t e r T r a i n i n g 3 4 2 . 2 6 R e l a t i v e D i s t a n c e F u n c t i o n a f t e r T r a i n i n g 3 4 2 . 2 7 M a s t e r - S l a v e S w i t c h i n g F u n c t i o n a f t e r T r a i n i n g 3 5 2 . 2 8 S c r e e n s h o t o f t h e D e v e l o p e d G U I 3 6 3 . 1 B o a t v v i t h F u z z y B a s e d N a v i g a t i o n a l C o n t r o l l e r 3 7 " l " ) J . - " - F u z z y B a s e d N a v i g a t i o n a l C o n t r o l l e r 3 8 V l l ~ , . , E r r o r I n p u t M e m b e r s h i p F u n c t i o n o f ) . ) t h e F u z z y b a s e d N a v i g a t i o n a l C o n t r o l l e r 3 8 3 . 4 R a t e o f C h a n g e E r r o r I n p u t M e m b e r s h i p F u n c t i o n o f t h e F u z z y b a s e d N a v i g a t i o n a l C o n t r o l l e r 3 9 3 . 5 R a t e o f C h a n g e E r r o r I n p u t M e m b e r s h i p F u n c t i o n o f t h e F u z z y - b a s e d N a v i g a t i o n a l C o n t r o l l e r 3 9 3 . 6 O u t p u t S u r f a c e o f t h e F u z z y b a s e d N a v i g a t i o n a l C o n t r o l l e r 4 0 3 . 7 P i c t u r e o f t h e A c t u a l B o a t M o d e l 4 1 3 . 8 P a t h T r a c k i n g o f a S i n u s o i d a l T r a j e c t o r y w i t h P D C o n t r o l l e r 4 2 3 . 9 P a t h T r a c k i n g o f a S i n u s o i d a l T r a j e c t o r y w i t h F u z z y C o n t r o l l e r 4 3 3 . 1 0 E r r o r i n L a t e r a l D i r e c t i o n o f a S i n u s o i d a l T r a j e c t o r y w i t h F u z z y C o n t r o l l e r 4 3 3 . 1 1 E r r o r i n L o n g i t u d i n a l D i r e c t i o n o f a S i n u s o i d a l T r a j e c t o r y w i t h F u z z y C o n t r o l l e r 4 4 3 . 1 2 P a t h T r a c k i n g o f a S t r a i g h t T r a j e c t o r y w i t h F u z z y C o n t r o l l e r 4 4 4 . 1 C a l c u l a t i n g C o l l i s i o n D i r e c t i o n 4 7 4 . 2 C a l c u l a t i n g C o l l i s i o n D i r e c t i o n 4 8 4 . 3 B o a t s P a t h N e a r O b s t a c l e w i t h o u t O b s t a c l e A v o i d a n c e C o n t r o l l e r 4 9 4 . 4 j J C h a n g e s N e a r O b s t a c l e 4 9 4 . 5 N a m e s o f C o l l i s i o n D i r e c t i o n I n p u t M e m b e r s h i p F u n c t i o n 5 0 4 . 6 C o l l i s i o n D i r e c t i o n I n p u t M e m b e r s h i p F u n c t i o n t o t h e O b s t a c l e A v o i d a n c e C o n t r o l l e r 5 0 4 . 7 R e l a t i v e D i s t a n c e I n p u t M e m b e r s h i p F u n c t i o n t o t h e O b s t a c l e A v o i d a n c e C o n t r o l l e r 5 1 4 . 8 X D i r e c t i o n V c l o c i t y O u t p u t S u r f a c e o f t h e O b s t a c l e A v o i d a n c e C o n t r o l l e r 5 3 4 . 9 Y D i r e c t i o n V e l o c i t y O u t p u t S u r f a c e o f t h e O b s t a c l e A v o i d a n c e C o n t r o l l e r 5 4 4 . 1 0 A l g o r i t h m o f t h e O b s t a c l e A v o i d a n c e C o n t r o l l e r 5 5 4 . 1 1 S i m u l a t i o n S e t u p o f t h e O b s t a c l e A v o i d a n c e C o n t r o l l e r 5 6 4 . 1 2 P a t h S t a r t i n g N e a r R o o t o f t h e C o o r d i n a t e S y s t e m 5 7 4 . 1 3 P a t h S t a r t i n g N e a r R o o t o f t h e C o o r d i n a t e S y s t e m 5 7 4 . 1 4 P a t h S t a r t i n g n e a r t h e L e f t C o r n e r o f t h e C o o r d i n a t e S y s t e m 5 8 4 . 1 5 P a t h F i n i s h i n g N e a r R o o t 5 8 4 . 1 6 P a t h S t a r t i n g N c a r O b s t a c l e 5 9 4 . 1 7 O b s t a c l e i n t h e G r i d 6 0 4 . 1 8 O b s t a c l e M a t r i x w i t h O b s t a c l e 6 1 4 . 1 9 P o s s i b l e P a t h s o f t h e U S V 6 1 V l l l 4 . 2 0 P o s s i b l e P a t h s o f t h e U S V o n t h e O b s t a c l e M a t r i x 6 2 4 . 2 1 O b s t a c l e C o o r d i n a t e C o n v e r s i o n 6 3 4 . 2 2 P a t h V a l u e C a l c u l a t i o n 6 4 4 . 2 3 S i m p l i f i e d F l o w C h a r t o f t h e N o v e l A l g o r i t h m 6 6 5 . 1 T w o D y n a m i c O b s t a c l e s w i t h P r o j e c t e d O b s t a c l e A r e a s 6 7 5 . 2 T w o D y n a m i c O b s t a c l e s w i t h t h e i r R e d u c e d P r o j e c t e d O b s t a c l e A r e a s 6 8 5 . 3 P a t h P l a n n i n g B e t w e e n t h r e e D y n a m i c O b s t a c l e s 6 8 5 . 4 E f f e c t i v e T i m e P r e d i c t i o n o f D y n a r n i c O _ b s t a c l c s 6 9 5 . 5 A r e a C a l c u l a t i o n s f o r D y n a m i c O b s t a c l e 7 0 5 . 6 S i m u l a t i o n r e s u l t o f a n A c t u a l a n d P r e d i c t e d p a t h i n 3 D s p a c e 7 1 6 . 1 O b s t a c l e A v o i d a n c e U s i n g U G V A l g o r i t h m s ( S a f e t y d i s t a n c e = 5 0 m ) 7 4 6 . 2 O b s t a c l e A v o i d a n c e U s i n g U G V A l g o r i t h n ; s ( S a f e t y d i s t a n c e = 6 0 m ) 7 5 6 . 3 P o s s i b l e P a t h s M a t r i x o f t h e U S V 7 6 6 . 4 O b s t a c l e o n t h e O b s t a c l e M a t r i x A 7 6 6 . 5 O b s t a c l e o n t h e O b s t a c l e M a t r i x B 7 7 6 . 6 O b s t a c l e o n t h e O b s t a c l e M a t r i x C 7 7 6 . 7 O b s t a c l e o n t h e O b s t a c l e M a t r i x D 7 7 6 . 8 O b s t a c l e A v o i d a n c e u s i n g N a v a l A l g o r i t h m ( S a f e t y d i s t a n c e = 4 0 m ) 7 8 6 . 9 O b s t a c l e A v o i d a n c e u s i n g N a v a l A l g o r i t h m ( S a f e t y d i s t a n c e = 6 0 m ) 7 9 6 . 1 0 C o n t o u r M a p o f P o t e n t i a l F i e l d w i t h 3 o b s t a c l e s 8 0 6 . 1 1 3 D S u r f a c e o f P o t e n t i a l F i e l d w i t h 3 o b s t a c l e s 8 1 6 . 1 2 O b s t a c l e A v o i d a n c e U s i n g P F M 8 1 6 . 1 3 C o m p a r i s o n o f S a f e t y D i s t a n c e s 8 2 6 . 1 4 C o m p a r i s o n o f D i s t a n c e s T o w a r d s t w o O b s t a c l e s 8 3 6 . 1 5 D y n a m i c O b s t a c l e A v o i d a n c e w i t h T i m e V a l u e s 8 4 6 . 1 6 D y n a m i c O b s t a c l e A v o i d a n c e w i t h 3 O b s t a c l e s 8 5 6 1 7 L o n g i t u d i n a l C o o r d i n a t e s o f A c t u a l P a t h 8 6 6 . 1 8 L a t e r a l C o o r d i n a t e s o f A c t u a l P a t h 8 6 6 . 1 9 A c t u a l P a t h a n d P r e d i c t e d P a t h s o f t h e O b s t a c l e f o r D i f f e r e n t D e g r e e s 8 7 6 . 2 0 L o n g i t u d i n a l E r r o r o f P r e d i c t e d P a t h s f o r D i f f e r e n t D e g r e e s o f P o l y n o m i a l s 8 8 6 . 2 1 L a t e r a l E r r o r o f P r e d i c t e d P a t h s f o r D i f f e r e n t D e g r e e s o f P o l y n o m i a l s 8 8 6 . 2 2 L o n g i t u d i n a l C o o r d i n a t e s o f A c t u a l P a t h w i t h N o i s e ( n o i s e = 5 m ) 8 9 0 . 2 3 L a t e r a l C o o r d i n a t e s o f A c t u a l P a t h w i t h N o i s e ( n o i s e = 5 m ) 8 9 6 . 2 4 A c t u a l P a t h o f t h e O b s t a c l e w i t h N o i s e ( n o i s e = 5 m ) 9 0 6 . 2 5 A c t u a l a n d P r e d i c t e d P a t h o f t h e O b s t a c l e ( D e g r e e = 6 , n o i s e = l m ) 9 1 l X 6 . 2 6 A c t u a l a n d P r e d i c t e d P a t h o f t h e O b s t a c l e ( D e g r e e = 5 , n o i s e = 1 m ) 9 2 6 . 2 7 A c t u a l a n d P r e d i c t e d P a t h o f t h e O b s t a c l e ( D e g r e e = 4 , n o i s e = 1 m ) 9 3 6 . 2 8 A c t u a l a n d P r e d i c t e d P a t h o f t h e O b s t a c l e ( D e g r e e = 4 , n o i s e = 5 m ) 9 4 6 . 2 9 A c t u a l P a t h a n d P r e d i c t e d P a t h s o f t h e O b s t a c l e f o r D i f f e r e n t S p r e a d s 9 5 6 . 3 0 L o n g i t u d i n a l E r r o r o f P r e d i c t e d P a t h s f o r D i f f e r e n t S p r e a d s 9 6 6 . 3 1 L a t e r a l E r r o r o f P r e d i c t e d P a t h s f o r D i f f e r e n t S p r e a d s 9 6 6 . 3 2 A c t u a l P a t h a n d P r e d i c t e d P a t h s o f t h e O b s t a c l e f o r D i f f e r e n t N o i s e V a l u e s 9 7 6 . 3 3 L o n g i t u d i n a l E r r o r o f P r e d i c t e d P a t h s f o r D i f f e r e n t N o i s e V a l u e s 9 8 6 . 3 4 L a t e r a l E r r o r o f P r e d i c t e d P a t h s f o r D i f f e r e n t N o i s e V a l u e s 9 9 6 . 3 5 L o n g i t u d i n a l V e l o c i t y o f t h e O b s t a c l e 1 0 0 6 . 3 6 L a t e r a l V e l o c i t y o f t h e O b s t a c l e 1 0 1 6 . 3 7 U p p e r a n d L o w e r B o u n d a r i e s o f P r c d i c t e d O b s t a c l e s A r e a , L o n g i t u d i n a l D i r e c t i o n 1 0 1 6 . 3 8 U p p e r a n d L o w e r B o u n d a r i e s o f P r e d i c t e d O b s t a c l e s A r e a , L a t e r a l D i r e c t i o n 1 0 2 6 . 3 9 E r r o r t o w a r d s L o n g i t u d i n a l D i r e c t i o n 1 0 3 6 . 4 0 E r r o r t o w a r d s L a t e r a l D i r e c t i o n 1 0 3 6 . 4 1 U p p e r a n d L o w e r B o u n d a r i e s o f P r e d i c t e d O b s t a c l e s A r e a t o w a r d s L o n g i t u d i n a l D i r e c t i o n ( S = 0 . 5 ) 6 . 4 2 U p p e r a n d L o w e r B o u n d a r i e s o f P r e d i c t e d O b s t a c l e s A r e a T o w a r d s L a t e r a l D i r e c t i o n ( S = 0 . 5 ) 6 . 4 3 E r r o r T o w a r d s L o n g i t u d i n a l D i r e c t i o n ( S = 0 . 5 ) 6 . 4 4 E r r o r T o w a r d s L a t e r a l D i r e c t i o n ( S = 0 . 5 ) 6 . 4 5 U p p e r a n d L o w e r B o u n d a r i e s o f P r e d i c t e d O b s t a c l e s A r e a T o w a r d s L o n g i t u d i n a l D i r e c t i o n f o r D i f f e r e n t S e a C o n d i t i o n V a l u e s 6 . 4 6 U p p e r a n d L o w e r B o u n d a r i e s o f P r e d i c t e d O b s t a c l e s A r e a t o w a r d s L a t e r a l D i r e c t i o n f o r D i f f e r e n t S e a C o n d i t i o n V a l u e s 6 . 4 7 W i d t h o f P r e d i c t e d O b s t a c l e s A r e a T o v , : a r d s L o n g i t u d i n a l D i r e c t i o n F o r D i f f e r e n t S e a C o n d i t i o n V a l u e s 1 0 4 1 0 5 1 0 5 1 0 6 1 0 6 1 0 7 1 0 7 6 . 4 8 E r r o r t o w a r d s L o n g i t u d i n a l D i r e c t i o n f o r D i f f e r e n t S e a C o n d i t i o n V a l u e s 1 0 8 6 . 4 9 E r r o r t o w a r d s L a t e r a l D i r e c t i o n f o r d i f f e r e n t S e a c o n d i t i o n v a l u e s 1 0 8 6 . 5 0 U p p e r a n d L o v , · e r B o u n d a r i e s o f P r e d i c t e d O b s t a c l e s A r e a t o w a r d s L o n g i t u d i n a l D i r e c t i o n f r o m C o n v e n t i o n a l a n d N o v e l M e t h o d s 6 ) 1 U p p e r a n d L o w e r B o u n d a r i e s o f P r e d i c t e d O b s t a c l e s A r e a t o w a r d s L a t e r a l D i r e c t i o n f r o m C o n v e n t i o n a l a n d N o v e l M e t h o d s 1 0 9 1 1 0 6 . 5 2 E r r o r T o w a r d s L o n g i t u d i n a l D i r e c t i o n f o r C o n v e n t i o n a l a n d N o v e l M e t h o d s 1 1 0 X 6 . 5 3 E r r o r t o w a r d s L a t e r a l D i r e c t i o n f o r C o n v e n t i o n a l a n d N o v e l M e t h o d s 1 1 1 6 . 5 4 W i d t h o f P r e d i c t e d O b s t a c l e A r e a t o w a r d s L o n g i t u d i n a l d i r e c t i o n f r o m C o n v e n t i o n a l a n d N o v e l M e t h o d s 1 1 1 6 . 5 5 P r e d i c t e d D i s t a n c e r e d u c t i o n f r o m N o v e l M e t h o d 1 1 2 X l L i s t o f T a b l e s N o . D e s c r i p t i o n P a g e 2 . 1 R F C h a n n e l S e t t i n g C o m m a n d s 2 0 2 . 2 C e n t e r s o f G a u s s i a n M e m b e r s h i p F u n c t i o n s 3 1 3 . 1 R u l e T a b l e f o r F u z z y P D C o n t r o l l e r - 4 0 X l l u s v U G V D M v f N G P S I N U P F M Y O M D N C G R N N A C R O N Y M S U n m a n n e d S u r f a c e V e h i c l e s U n m a n n e d G r o u n d V e h i c l e s D i s t r i b u t e d A r c h i t e c t u r e f o r M o b i l e N a v i g a t i o n G l o b a l P o s i t i o n S y s t e m I n e r t i a l N a v i g a t i o n U n i t P o t e n t i a l f i e l d m e t h o c i V e l o c i t y O b s t a c l e m e t h o d D i g i t a l N a u t i c a l C h a r t G e n e r a l i z e d R e g r e s s i o n N e u r a l N e t w o r k X l l l